建筑物定向倒塌爆破切口深度的探讨.pdf

爆 破器材 E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 6 卷第4 期 建筑物定向倒塌爆破切口深度的探讨 薛里孟海利任亮平郭尧 铁道科学研究院 北京，1 0 0 0 8 1 [ 摘要] 文章对建筑物爆破拆除定向倒塌减小切口深度的可行性及意义进行了探讨，分析了在此种情况下的炸 高合理取值范围。研究发现切口深度减小后，增大了支撑部分面积，减小了楼体后坐的可能性} 增大了楼体倾倒触 地的速度} 扩大了单向倾倒方式的使用范围，由通常高宽比凰儿≥√2 的楼房变成7 H 。肛≥1 ’l 的楼房；同时可 降低钻爆、防护的工作量，提高了施工效率。实例证明，爆破拆除楼房时，合理地减小切口深度具有一定的使用价 值。 [ 关键词] 拆除爆破定向倾铷切口深度炸高 [ 分类号] T D 2 3 5 ．3 l 引言 采用爆破定向倾倒的方式拆除楼房，通常在建 筑物底部布置一个三角形或梯形切口，在爆破切口 形成后，上部结构在重力作用下，形成倾覆力矩，楼 房将绕着某个轴线，向着一定的方向转动倾倒坍塌， 并在与地面撞击过程中解体破碎[ “。在已往爆破拆 除楼房的设计中，爆破切口的深度一般为整个楼房 的宽度，即以楼房最后排柱为铰点，楼房绕支撑点旋 转并最终倾倒。然而，根据力学原理和几何学原理， 认为适当地减小爆破切口深度，更有利于楼房的倒 塌和解体。因此本文就爆破切口深度的合理性和大 小进行探讨，并对此切口深度时炸高的取值范围进 行了分析。 2 减小切口深度的可行性和意义 如图1 所示，0 为建筑物的重心，在切口形成以 后，在重力矩作用下，楼体绕A 轴转动，A c 边将转 ∥ I ．L。1 日 ＼ ．7 7 围1 建筑物爆破定向倾倒原理示意凰 动一定角度后与地面闭合，此时如果楼体重心偏出 楼体新支撑点c 外，则楼房会继续向前倾倒，最终 倒塌。楼房能否偏出新支撵点主要取决于炸高的大 小，在合理的范围内炸高越大，楼体重心偏出新支撑 线的距离越大，越有利于楼房的倒塌。在传统的设计 中，一般是让楼房沿4 轴转动倾倒，下面对爆破切 口深度减小时的情况进行分析。 当爆破切口深度减小z 时 z F 寺一乱A ， 1 图2 转动轴前移后建筑物倒塌示意图 ＼／ ．，．。l垃。l|一 万方数据 2 0 0 7 年8 月建筑物定向倒塌爆破切口深度的探讨薛里等 式中P 建筑物重力} F 保留部分的综合拉力； 乳保留部分的综合抗拉强度} A ，保留部分受力面积。 由式 1 可以看出，当爆破切口深度减小时，使 楼体产生转动的关键因素是尽量减小保留部分的抗 拉强度乱。实现这一点的有效措施是爆破前，在不 破坏楼体稳定性的同时，将保留部分的全部钢筋从 底部切断，同时对非承重墙进行预处理，此时拉应力 只作用在部分混凝土柱和墙上，由于混凝土的抗拉 强度很小，这样保留部分所能承受的拉力就很小，对 楼房倾倒不会产生太大的影响。根据已往的工程经 验，一般取z ≤2 工／5 。 当楼房转动A ’c 边着地后，当炸高取值合理 时，楼房的重心仍能偏移出c 轴，楼房会继续向前 倾倒，直至倒塌。 根据楼房倾倒角速度公式o ] ●_ _ - - _ ●_ ●●_ _ ●- H ●- _ ●● _ 1 。。。- 。- _ ●_ H ●。。。- ’●_ ●●●H 。- 。。。●●●一 。一．／塑鲤竺乒兰盟 2 V』 式中n 重心距； ，楼体转动惯量，， m n 2 ； 口0 忸与垂线夹角； 口’缺口闭合后o A 与垂线夹角。 从图1 、图2 中可以看出，切口深度减小后的口 角变小，a 减小，因此总的角速度m 变大，也就是说 楼房倒塌触地时的碰撞速度增大了，此时更有利于 楼房的解体。 从几何关系、受力分析和施工措施几方面对建 筑物定向倒塌进行分析，可以看出爆破切口深度减 小是合理可行的。 切口深度减小以后，爆破切口面积明显减小，从 而减小爆破的钻爆以及防护的工作量，爆破器材的 使用量，同时由于预留部分起到了很好的支撑作用， 减小了建筑物爆破瞬间的后坐。 3 炸高的合理取值范围 3 ．1 炸高的理论计算 当切口深度减小z 后，合理的炸高就成为楼房 倒塌的关键[ 3 ] ，此时的炸高取值范围较以往有所变 化，在此将从理论上对其进行分析。 根据楼房定向倾倒的原理，对楼房合理炸高的 选取可用下述方法来描述，即以重心0 和支撑点 A ’连线为直径作圆，圆与楼体前边界相交于点M 、 Ⅳ，当炸高的顶端C 点落于线段M Ⅳ上时，楼体倾倒 转过角度叫舌，重心O 的垂足D 点将落于支撑面 ，～ A ’c 以外，即圆弧M Ⅳ上，此时楼体可以继续前倾， 进而倒塌。 根据以上描述，以A ’点为原点作直角坐标，A B 为z 轴，过A ’点的垂线为y 轴，如图3 所示。则前面 所述的楼房倾倒条件可用方程来表示 “芝。。I 。 图3 炸高计算原理图 』卜鲁 专J 2 y 一种一警 } 2 ㈤ k L Z 方程的解即为炸高顶端的取值范围。 勰方程得 y 一导尘坠掣 4 ，o o⋯ 上式成立的条件是日5 2 上忆一z ≥0 ， 即日。≥ ／2 L 工一z 5 同时由于f ≤厶 则求得日o ≥√3 0 工／5 ≈1 ．1 工 即该方法应用的前提条件是楼房的宽高比日。肛≥ 1 ．1 。 从图中可以看出，当时y 睾，z 取最大值，即 重心移出新支撑线最远。 3 ．2 讨论 根据计算公式 4 和图3 可知 1 当 l H 。 √日一2 工 工一f j ／2 时，虽然 爆破重心仍在支撑线内，但由于炸高非常大，此时楼 体已倾倒很多，由于惯性会继续向前倾倒直至触地 破碎，但这种方法明显增大了爆破切口面积，楼体在 倾倒时有可能后坐，是没有必要的。 根据分析，在切口深度减小z 的情况下，使楼体 r ，- - - - ．- - - u - - u ．．．．．．．．- - - - - - - - 一。1 倾倒的最佳炸高为l H 。一√H 5 2 L L z J ／2 ≤ ≤H 。／2 。 在使用该方法的时候，要考虑建筑物构件材料 特性，保证梁、柱和板之间连接的刚性程度，使爆破 瞬间，建筑物来爆部分能保持一个整体。因此，该种 方法多适应于框架结构和剪力墙结构的楼房，对于 砖混结构的楼房，要具体分析。 f 的选取除了要小于2 工／5 ，还要考虑A ’点的受 力状况，A ’最好选在有承重柱的地方，防止旋转铰 点被压垮，使切口深度变大，炸高相对减小，对倒塌 不利。 4 工程实例 在2 0 0 2 年湖北省秭归县城医院住院部楼房的 爆破拆除中就采用了此种方案“] ，住院部的楼房为 砖混结构，主要承重结构为墙体，楼房高度为地上5 层。爆破时炸高确定为两层，后部约2 ／6 的墙体以及 与其相连接的部分房间的隔断墙体不爆破而作为支 撑，爆破后楼房按预定的方向倒塌，破碎效果良好， 未出现明显的后坐现象。 5 结论 通过对切口深度减小后的可行性，以及炸高取 值的合理范围等方面进行了讨论，认为合理减小切 口深度对建筑物定向倒塌是有利的，提高了建筑物 倒塌的可靠性，具体有以下几个优点 1 由于楼房后部的柱子和部分墙体末爆破，增 大了支撑部分面积，减小了楼体下坐的可能性； 2 由于支撑点的前移，使得楼房重心的倾角变 大，增大了楼体落地时的角速度，使楼房解体更充 分； 3 扩大了单向倾倒方式的使用范围，通常的情 况楼房高宽比Ⅳ。／L ≥厂F 时才适宜使用单向倾倒 的方式，减小爆破切口深度以后，适用范围扩大到 H 。肛≥1 ．1 的建筑物。 4 切口高度和深度减小，降低了钻爆、防护的 工作量，减小了爆破器材的使用量，提高了施工效 率，加快了施工进度} 参考文献 [ 1 ] 金骥良t 顾毅戚，史雅语．拆除爆破设计与施工[ M ] ．北 京中国铁道出版社，2 0 0 4 ． [ 2 ] 周同龄，翁家杰，等．爆破拆除楼房建筑的力学分析 [ J ] ．爆破器材，19 9 9 ，2 8 1 1 9 ～2 3 ． [ 3 ] 赵建国，周强．陈华腾．炸高在定向控制爆破中的重要 作用[ J ] ．爆破，2 0 0 2 ，1 9 1 ；7 6 ～7 7 ． [ 4 ] 文尉，周家汉．秭归县医院楼群拆除爆破设计与施工 口] ．工程爆破，2 0 0 3 ，9 2 2 6 ～2 9 、 S t u d yo nB l a s “n gC u tD e p t hf o rD i r e c t i o n 8 lC o l I a p s i n go fB u i l d i n g X u eL i ，M e “gH a i l i ，R e nL i a “g p i “g ，G u oY a o C h i mA c a d e m yo fR a i l w a ys c i e n c e B e i j i “g ，1 0 。0 8 1 [ A B s T R A c T ]T h ef e a s i b i l ；t ya n ds i g “i f i c a n c eo fr e d u c i n gt h ec u td e p t hf o rb u i l d i “gd l r e c t i o n a lb l a s t i “ga n dd e m 。l ；s h i “gw e r ed i s c u s s e di nt h i 8p a p e r ，a f l dt h er e a s o n a b l er a “g eo fh e i g h to fb u r s tu n d e rt h 扭c o n d i t i o nw a sa n a l y z e d ．T h er e s e a f c hf o u n dt h a tr e d u c i n gt kc u td e p t hc a nr e d u c e 幽l l i “g a n d _ b l a s t i “ga n ds h i e l d i “gw o r k s ，r a № t h ec o n s t r u c t i o ne f f i c i e n c ya n ds p e e du pt h ec o n s t r u c t i o “P r o g r e s s a n da tt h es a m et i m e ，e n l a ‘g et h ep a r to fa r e a 。fs u p p 。r ta n dr e d u c et h ep o s s 沌i l i t yo ft h eb u i l d i “gr e c o i lT h es p e e d 。ft h eb u i l d i n gt o p p l i “gd o w nt ot h 8g r o u n d w a sr ＆i s e d ．T h em e t h o de l p a n 如t h es c o p eo fa p p l i c a t i o no fd i r e c t i o n a lf a l l i “g tt h er a t i oo f h e i g h tt ow i d t ho f t h e b u 订d l i “gb yt h ec o m m o nf 肛≥ ，2w a 8c h a “g e dj n t o 拭儿≥1 ．1 ．T h ee x a m p l ep r o v e dt h a tr e d u c i “gc u t d e p t h f o rd e m o l i s h i “gb u i l d i “gb a 8 e do nb l a s t j “gm e t h o di sa p p l i c a b l e ． [ K E Yw 0 R D s ] d e m 。1 i t i o nb l a s t i “g ，d i r e c t i o n a lc o l l a p s i “g ，c u td 印t h ，b l a s ““gh e i g h t 万方数据